岩沥青改性沥青混凝土路面性能研究及应用

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　　摘要：岩沥青改性沥青混凝土由于在动稳定度、残留稳定度指标比较高，在高温稳定性和水稳定性方面比较好，从而可以有效提高沥青路面的抗车辙性能和抗水损能力，增加沥青路面的使用寿命。本文通过岩沥青改性沥青混凝土与湖沥青混凝土和SBS改性沥青混凝土的性能对比，给除了岩沥青改性沥青混凝土的优点和应用前景。国产岩沥青在造价上比其他天然沥青和聚合物改性沥青有较大的优势，尤其与常用的SBS改性沥青相比，可节约成本15%左右，因此国产岩沥青改性沥青混凝土必将在高等级路面中广泛应用。
　　关键词： 岩沥青湖沥青SBS改性沥青岩沥青改性沥青混凝土
　　1.岩沥青改性沥青混凝土概述
　　我国现代高等级沥青路面的交通特点是：交通密度大、车轴轴载重、荷载作用间隙短以及高速和渠化。由于重载和渠化，造成沥青路面产生了严重的车辙和裂缝病害。为解决这些病害，对于沥青路面所使用的沥青必须具有抵抗高温变形和裂缝的性能。而这也正是普通沥青难以达到的，因此应对普通沥青的性能加以改善。
　　2.岩沥青与湖沥青、SBS改性沥青混凝土性能对比
　　2.1岩沥青改性沥青混凝土配合比设计及生产技术
　　2.1.1原材料的设计与检验
　　
　　本工程采用的集料为河北三河地区石灰岩。根据尺寸将集料分为15～25mm、10～20mm、5～10mm几种规格，另外还使用了石灰岩机制砂、天然砂和矿粉。各种集料技术指标见表2.1.1-4、表2.1.1-5、表2.1.1-6。
　　
　　2.1.2岩沥青改性沥青混合料配合比设计
　　对各级矿料进行筛分并计算，确定矿料配合比。京平高速公路中面层岩沥青改性沥青AC-20C混合料的集料筛分、合成情况见表2.1.2-1。
　　
　　设计目标空隙率采用4.4%，根据现行规范要求，密度或稳定度没有出现峰值时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量做为OAC1。故本设计取目标空隙率所对应的油石比做为OAC1。以空隙率、沥青饱和度、稳定度、流值各项指标均符合技术标准的沥青用量范围OACmin～OACmax的中值做为OAC2。
　　设计目标空隙率采用4.4%，分别取密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率、沥青饱和度为70%时对应的沥青用量a1、a2、a3、a4。以空隙率、沥青饱和度、稳定度、流值各项指标均符合技术标准的沥青用量范围OACmin～OACmax的中值做为OAC2。确定最佳沥青用量如下：
　　OAC1=(4.54%+4.5%+4.2%+4.3%)/4 = 4.385% OACmin=4.1%，OACmax=4.4%, OAC2=4.25%OAC=4.3175%
　　取最佳油石比为4.3%。
　　2.1.3岩沥青改性沥青混凝土生产工艺
　　2.1.3.1岩沥青改性沥青的生产
　　（1）将基质沥青（京平高速公路采用秦皇岛70号A重交道路石油沥青）加热至165～170℃。
　　（2） 将准确计量的岩沥青（京平高速公路按照岩沥青：基质沥青=6：100的掺量）投入沥青搅拌罐中，不断搅拌20分钟（初融）。
　　（3）初融完成后，启动胶体磨，对混合后的沥青进行研磨，研磨两遍后放入成品罐，温度控制在170～175℃， 供生产使用。
　　（4） 研磨完毕后立即取样进行岩沥青改性沥青试验。检测指标主要为软化点（每成品罐必检项目，与基质沥青软化点差值应大于6℃）。
　　2.1.3.2岩沥青改性沥青混凝土生产
　　
　　
　　2.1.3.3岩沥青改性沥青混合料拌合过程
　　岩沥青改性沥青混合料在拌和前先按目标配合比确定的矿料比例上料，将石料加热升温到规定温度, 进行热料仓筛分、按生产配合比确定的矿料比例称量，紧跟着将一定量的制作好的岩沥青改性沥青输送到搅拌罐中与石料拌合45秒。混合料装车后由试验人员观测混合料有无花白料，有无离析现象。按规范取料进行试验。运输车装满后用两层苫布中间夹一层棉被覆盖保温。
　　2.1.4岩沥青改性沥青混凝土试验技术要求
　　岩沥青改性沥青混凝土的试验项目包括油石比、矿料级配筛分、马歇尔、残留稳定度、冻融劈裂、车辙及最大理论密度等试验。
　　
　　
　　通过对几种改性沥青混凝土性能试验检测结果可以看出，采用岩沥青改性沥青混凝土在动稳定度、残留稳定度指标比较高，因此在高温稳定性和水稳定性方面比较好，从而可以有效提高沥青路面的抗车辙性能和抗水损能力，增加沥青路面的使用寿命。
　　3.关键技术和创新点
　　（1）采用岩沥青改性沥青混凝土施工的沥青路面，将提高路面抗车辙性能、抗老化性能、抗水损害性能及耐久性能，延长公路使用寿命。
　　（2）岩沥青改性沥青混合料施工通过调整摊铺机初始夯实能力、控制摊铺速度，提高了混合料初始密实度，为尽快成型提供条件。利用岩沥青改性沥青混合料高温不推移硬度高的特点，改变传统碾压工艺，取消压路机静压环节，采用重型振动压路机直接紧跟摊铺机高频低幅强振，缩短碾压段落，控制在15～20m,在高温情况下使岩沥青改性沥青混凝土快速达到最大压实度。采用这种碾压方法，只需要振动碾压2遍即可达到要求的压实度。而按常规碾压方式振动碾压4遍都很难达到要求的压实度，现场观察表面石料有明显大面积压碎现象。利用胶轮压路机的揉搓碾压特点，在高温压实之后，过渡天然岩沥青改性沥青混合料的不稳定区段，通过现场温度检测和观察，岩沥青改性沥青混凝土在温度130℃～110℃区段存在难于碾压的不稳定区，在这一区段使用胶轮压路机碾压，使碾压施工便于控制并提高路面的抗渗能力。
　　（3）对于岩沥青混合料的压实工艺按照“高温压实、高频低幅、紧跟慢压”原则进行。碾压过程中，设专职测温人员采用红黄绿三色小旗根据温度情况区分每台压路机的碾压区域，设专人指挥压路机根据温度区域碾压，避免了压路机漏压和过压，有效的使混合料压实度得到合理控制。
　　（4）为减少岩沥青改性沥青混凝土摊铺后到碾压前这一段落的温度损失，在摊铺机后30m范围内采用塑料布在道路两侧支设活动围挡，高度不低于1.8m，随摊铺机向前移动。
　　4.成果应用情况和前景分析
　　京平高速公路自2008年6月底通车至今，岩沥青改性沥青混凝土施工路面没哟出现裂缝、水损害、松散、泛油、推移、早期车辙等现象，路用工作性良好。
　　我国现代高等级沥青路面的交通特点是：交通密度大、车轴轴载重、荷载作用间隙短以及高速和渠化。为了适应重载交通的要求，目前我国越来越多的采用改性沥青铺筑高等级路面。改性沥青的种类很多，按改性剂化学成分的类别可分为：
　　（1） 橡胶改性（包括天然橡胶和合成橡胶），如SBR、CR、EPDM等；
　　（2） 热塑性橡胶改性，如SBS、SB、SIS等；
　　（3） 热塑性树脂改性，如PE、EVA等；
　　（4） 天然沥青改性，如湖沥青、岩沥青等；
　　 其中，前三种均属于聚合物改性沥青，大多数聚合物改性剂都不易与石油沥青相溶，需要大型的特殊设备加工，加工过程中需要消耗较多的能源。而天然沥青的化学性质与石油沥青较为一致，用于改性石油沥青属于沥青基对沥青基的掺配，因此极易与石油沥青相溶，具有优良的配伍性。
　　岩沥青掺加量在5%～7%就可以明显的改变道路石油沥青的高温稳定性。其他天然沥青改性剂特性虽与岩沥青相差不大，但要达到相同的改性效果，如湖沥青的掺加量要达到15%～30%。国产岩沥青在造价上比其他天然沥青和聚合物改性沥青有较大的优势，尤其与常用的SBS改性沥青相比，可节约成本15%左右，因此国产岩沥青改性沥青混凝土必将在高等级路面中广泛应用。从造价组成来看，生产改性沥青的成本包括：基质沥青费用+改性剂费用+改性沥青加工费用。目前国内较多使用的几种改性沥青的成本比较见下表所示：
　　
　　
　　 从以上数据可以看出，国产岩沥青在造价上比其他天然沥青改性和聚合物改性沥青有较大的优势，与常用的SBS聚合物改性沥青相比，可节约成本15%左右。采用岩沥青改性沥青混凝土作为铺筑材料的道路工程有良好的应用前景。
　　注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看

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